Utilisation du GPON pour les applications FTTD

Face à l'augmentation des besoins en bande passante, les entreprises modernes sont confrontées à des décisions difficiles quant à l'utilisation du câblage existant dans leurs bâtiments. Avec l'augmentation des débits jusqu'à 1 Gbit/s vers les postes de travail, de nouveaux câbles en cuivre de catégorie 6 sont souvent recommandés pour de meilleures performances de transmission. Cependant, le remplacement de ces câbles par du nouveau câblage de catégorie 6 est une opération coûteuse et exigeante en main-d'œuvre. Il est certain que les besoins en bande passante continueront de croître pour dépasser 1 Gbit/s et atteindre 10 Gbit/s.

L'alternative logique consiste à installer un réseau de distribution par fibre optique capable de gérer des débits bien supérieurs à 1 Gbit/s, c'est-à-dire la fibre optique jusqu'au poste de travail (FTTD). Pour ce type de réseau, il est essentiel de choisir les meilleures technologies optiques : les technologies optiques basées sur le réseau optique passif Gigabit (GPON). Cet article présente le concept d'utilisation du GPON pour les applications FTTD afin de répondre aux besoins des entreprises modernes.

Introduction

Les réseaux d'entreprise, les installations gouvernementales et les installations militaires d'aujourd'hui reposent sur deux, voire trois, architectures cuivre distinctes : une pour le transport des données (généralement un réseau cuivre de catégorie 5), une seconde pour la voix (généralement un réseau cuivre de catégorie 3) et, dans certains cas, une troisième pour la transmission vidéo par câble coaxial. Les nouvelles technologies comme le GPON sont parfaitement capables de prendre en charge tous ces services sur une architecture de distribution fibre optique unique. Le modèle de déploiement cuivre crée un environnement qui, avec les technologies actuelles, est coûteux et inefficace à entretenir. Le GPON permet à un opérateur de fournir efficacement tous ces services avec une expérience utilisateur optimale. Sa qualité de service (QoS) et sa bande passante élevée sont les mécanismes nécessaires à la convergence de la voix, de la vidéo et des données sur un même réseau fibre optique, permettant ainsi une maintenance, un câblage et des performances globales plus efficaces.

Outre l'installation de commutateurs et de routeurs supplémentaires pour répondre à l'augmentation continue de la bande passante, la redondance des réseaux et des équipements a entraîné des salles d'équipement encombrées, des armoires de câblage complexes et des besoins accrus en CVC. La convergence de tous ces services sur une plateforme de distribution GPON unique permet d'obtenir la bande passante nécessaire tout en réduisant considérablement les besoins en équipements, en câblage et en alimentation.

Déjà déployé par de nombreux opérateurs de télécommunications, le GPON s'est rapidement imposé comme la norme mondiale pour la transmission de la voix, des données et de la vidéo. Entre autres avantages, le GPON offre une bande passante considérable : 2,5 Gbit/s en débit descendant et 1,25 Gbit/s en débit montant, sur un seul brin de fibre optique.

La technologie PON se compose d'un terminal de ligne optique (OLT) dans le centre de données et d'une série de terminaux de réseau optique (ONT) situés sur le poste de travail de l'utilisateur ou à proximité. Au niveau de l'OLT, la voix et les données sont transformées en signaux optiques. Ce trafic est ensuite acheminé sur le réseau fibre optique vers l'ONT approprié, où il est séparé en voix et données électriques. Cette architecture utilise des composants optiques purement passifs, tels que des répartiteurs optiques, entre l'OLT et l'ONT, réduisant ainsi les risques de pannes matérielles.

La technologie sous-jacente principale reste Ethernet, avec le mode d'encapsulation GPON (GEM) comme format d'encapsulation. Le GEM conditionne efficacement les paquets IP avec une surcharge minimale lors de leur transit entre l'OLT et l'ONT. Chaque fibre peut être partagée par jusqu'à 64 ONT, minimisant ainsi la quantité de fibre nécessaire. Bien que plusieurs utilisateurs partagent le PON, des mécanismes robustes de qualité de service et de bande passante garantissent une priorisation correcte du trafic et que chaque utilisateur bénéficie de la bande passante requise.

Avantages du GPON

GPON offre certains avantages clés par rapport à Ethernet et aux réseaux vocaux actuels.

Sécurité robuste

La fibre optique est intrinsèquement plus difficile à intercepter qu'un circuit en cuivre. Un ONT frauduleux ne peut pas être raccordé à un réseau de fibre optique, car le système GPON identifie chaque ONT en fonction de numéros de série prédéfinis et de paramètres opérateur. Les détracteurs de la fibre soulignent que tous les utilisateurs reçoivent la même diffusion descendante, ce qui crée un risque d'écoute clandestine. Cependant, pour contrer cette menace, le PON utilise un système de chiffrement avancé de 128 bits. Ce système intègre un échange de clés bidirectionnel, rendant pratiquement impossible l'interception des données d'un autre utilisateur. De plus, tout appareil utilisé pour intercepter la fibre doit être capable de déchiffrer les ports GEM et les conteneurs de trafic du GPON, ce qui n'est pas une fonction courante des appareils Ethernet standard. Toutes ces capacités intrinsèques font du GPON un environnement très sécurisé pour le transport de données sensibles.

Réduction des dépenses d'exploitation

La plupart des environnements d'entreprise utilisent deux réseaux de distribution différents : l'un transporte la voix, l'autre les données et la vidéo. Dans les grandes entreprises, cela a entraîné l'encombrement des armoires de câblage et des racks d'équipements avec des commutateurs connectés en guirlande. De plus, la masse des câbles en cuivre réduit la circulation de l'air et nécessite des systèmes de refroidissement plus performants. Avec le GPON, le réseau voix et données peut facilement être fusionné en une seule infrastructure de fibre optique pour tous les services. La technologie GPON offre d'importantes économies d'échelle. Un châssis GPON peut prendre en charge jusqu'à 4 608 utilisateurs sur une répartition de fibre 1 × 64. Les déploiements classiques utilisent une répartition 1 × 32 avec 2 304 utilisateurs par châssis.

Dans la plupart des déploiements, les commutateurs Ethernet sont empilés en guirlande dans une armoire électrique. Cela crée un point de concentration pour une dissipation thermique importante, nécessitant un système CVC dans l'armoire. Avec les systèmes GPON, un répartiteur passif non alimenté est placé dans l'armoire, éliminant ainsi les problèmes de CVC.

De plus, les besoins énergétiques globaux d'une solution Ethernet optique équivalente à la solution GPON seront bien plus élevés. Un commutateur Ethernet optique classique à 388 ports avec ports optiques Gigabit Ethernet aura une alimentation minimale de 1 400 watts, soit 3,6 watts par port. Un commutateur Ethernet optique classique à 12 ports est encore moins performant, avec environ 4,58 watts par port. Un système OLT GPON classique desservant 2 304 utilisateurs consommera environ 0,6 watt par utilisateur, soit une consommation électrique de 6 à 7,6 fois inférieure.

Bande passante plus élevée

Dans la plupart des déploiements, Ethernet est limité à 1 000 Mbit/s, partagé entre plusieurs utilisateurs. Dans le meilleur des cas, 24 utilisateurs sont connectés pour un débit moyen de 41,7 Mbit/s par utilisateur. Plus souvent, les commutateurs sont installés en cascade, ce qui réduit considérablement la bande passante réelle par utilisateur pour des applications telles que la messagerie électronique, l'accès aux graphiques/vidéos ou aux bases de données. En GPON, le débit descendant total de 2,5 Mbit/s pour 32 utilisateurs offre une moyenne de 78 Mbit/s par utilisateur, soit une augmentation de 90 % de la bande passante disponible en continu. En cas de besoin, un ONT peut atteindre 1 000 Mbit/s.

Ces dernières années, la fibre optique s'est imposée comme une alternative sûre, économique et évolutive au cuivre pour les applications d'entreprise et gouvernementales. Le GPON, notamment, a été largement adopté en Amérique du Nord comme technologie de réseau à fibre optique de pointe. Généralement déployé pour les applications FTTH (Fiber-To-The-Home), il peut également servir les environnements de grandes entreprises avec des applications FTTD. Le FTTD, quant à lui, permet de fusionner les réseaux voix, données et vidéo en un seul et offre le potentiel d'offrir une bande passante quasiment illimitée tout en s'affranchissant des contraintes de sécurité et des coûts d'exploitation du cuivre.

Les déploiements de GPON dans les applications FTTD

Dans un environnement de campus, l'approche classique consiste à installer le plateau OLT dans le bâtiment principal, puis à acheminer la fibre jusqu'aux différents bâtiments satellites. Dans ce cas, les fibres atteignent des répartiteurs optiques placés à l'intérieur des bâtiments. Les fibres se déploient ensuite au niveau des répartiteurs optiques, atteignant les ONT ou les utilisateurs individuels. Pour relier le trafic voix, données et vidéo au cœur du réseau, l'OLT offre plusieurs liaisons montantes de 1 Gbit/s ou de 10 Gbit/s, offrant une bande passante évolutive en fonction de la demande. Sur un campus, le GPON est particulièrement efficace car il élimine le besoin d'équipements énergivores actifs dans les placards ou les sous-sols de nombreux bâtiments.

Une approche légèrement différente peut être utilisée pour les grands bâtiments. Dans cet environnement, le plateau OLT est situé au sous-sol, les fibres remontant la cage d'ascenseur ou la colonne montante. Des répartiteurs optiques sont installés à chaque étage, où les fibres sont distribuées vers les utilisateurs individuels. Les liaisons montantes OLT sont connectées directement aux routeurs périphériques situés au sous-sol.

Dans les deux cas, le système GPON peut permettre à chaque PON de prendre facilement en charge jusqu'à 64 ONT.

Résumé

La technologie FTTD offre de nombreuses possibilités d'économies d'énergie et de coûts par rapport aux réseaux Ethernet cuivre et optique. L'utilisation du GPON pour la technologie FTTD permet de fusionner les réseaux voix, données et vidéo en un seul, tout en surmontant les contraintes de sécurité et les problèmes d'évolution associés aux réseaux cuivre. Par conséquent, dans les grands établissements et les campus, une architecture FTTD utilisant le GPON constitue une alternative réseau convaincante.